A new continuum damage theory (CDT) has been proposed by Lee et al. (1996) based on the SEEP. The CDT has the apparent advantage over the other related theories because the complete constitutive law can be readily derived by simply replacing the virgin elastic stiffness with the effective orthotropic elastic stiffness obtained by using the proposed continuum damage theory. In this paper, the CDT is evaluated by the numerical experiment comparing the mode shapes and natural frequencies of a square plate containing a small line-through crack with those of the same plate with a damaged site replaced with the effective orthotropic elastic stiffness computed by using the CDT.
The initiation and growth of microcracks or microvoids inside concrete results in the progressive degradation of concrete. This damage processing along processing along with plastic deformation is main cause of nonlinear behavior of concrete. In this study, a continuum damage model of concrete is developed for the analysis of the nonlinear behavior of concrete due to damage and elasto-plastic deformation. Anisotropic damage tensor is used to describe the anisotropy of concrete and hypothesis of equivalent elastic energy is used to define the effective elastic tensor. The damage model including the damage evolution law and constitutive equation is derived with damage variable and damage surface which is defined by damage energy release rate by using the Helmholtz free energy and dissipation potential based on the thermodynamic principles. By adopting a typical plasticity model of concrete, plasticity of concrete is included to this model. Afinite element analysis program implemented with this model was developed and finite element analysis was performed for the analyses of concrete subjected to uniaxial and biaxial loadings. Comparison of the results of analysis with those of experiments and other models shows that the model successfully predicts the nonlinear behavior of concrete.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.30
no.3A
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pp.309-316
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2010
This paper proposed a nonlocal anisotropic damage model to simulate the behavior of plain and reinforced concrete structures that are predominantly tensile and compressive load. This model based on continuum damage mechanics, used a symmetric second-order tensor as the damage variable. For quasi-brittle materials, such as concrete, the damage patterns were different in tension and in compression. These two damage states were modeled by damage evolution laws ensuring a damage tensor rate proportional to the total strain tensor in terms of principal components. To investigate the effectiveness of proposed model, the double edge notched specimen experimented by nooru-mohamed and reinforced concrete bending beam were analyzed using the implementation of the proposed model. As the results for the simulation, the nonlocal anisotropic damage model with an adequate control of rupture correctly represented the crack propagation for mixed mode fracture. In the structural failure of reinforced concrete bending beam, the proposed model can be showed up to a very high damage level and yielding of the reinforcements.
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.31
no.2
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pp.41-50
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2003
In this paper, nonlinear parallel structural analyses are introduced by using the parallel multifrontal solver and damage localization for 2D and 3D crack models is presented as the application of nonlinear parallel computation. The parallel algorithms related with nonliear reduce the amount of memory used is carried out because many variables should be utilized for this highly nonlinear damage analysis. Also, Riks' continuation method is parallelized to search the solution when strain softening occurs due to damage evolution. For damage localization problem, several computational models having up to around 1-million degree of freedoms are used. The parallel performance in this nonlinear parallel algorithm is shown through these examples and the local variation of damage at crack tip is compared among the models with different degree of freedoms.
KSCE Journal of Civil and Environmental Engineering Research
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v.14
no.4
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pp.751-759
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1994
Concrete contains numerous microcracks initially. The growth and propagation of microcracks cause failure of concrete. These processings are termed as "damage". The concepts of the continuum damage mechanics are presented and the damage evolution law and constitutive equation are derived by using the Helmholz free energy and the dissipation potential by means of the thermodynamic principles. The constitutive equation includes the effects of elasticity, damage and plasticity of concrete. The proposed model successfully predicts the nonlinear behavior of concrete subject to monotonic uniaxial and biaxial loadings.
Concrete contains numerous microcracks at initially poured. The growth and propagation of
nicrockacsk are believed tc finally incur the faiure of concrete. These processings are understood
as a damage. Damage IS represented as a second-order tensor and crack is treated as a con
tinuum phenomenon. In this paper, damage is characterized through the effective stress concept
together with the hypothesis of elastic energy equivalence, and damage evolution law and
constitutive equation of a damage model are derived by using the Helmholtz frte eriergy and the
dissipation potential by means of the thermodynamic principles. The constitutive equation of the
model includes the effects of elasticity, anisotropic damage and plasticity of concrete. There are
two effective tangent stiffness tensors in this model : one is for elastic-darnage and the other for
plastic damage. For the verification of the model, finite element analysis was performed for the
analysis of concrete subjec:t to uniaxial and biaxial loading and the results obtained were
compared with test results.
In general, there are various approaches available in literature to model discontinuous rock masses and engineers are often confused which one to use for designing structures in rock masses. Modelling rock masses can be classified mainly into two approaches. One is discrete modelling of intact rock and discontinuities and the other is the equivalent continuum modelling. In this study five models are selected ;(1) Crack tensor model, (2) Equivalent volume defect model, (3) Damage model, (4) Micro - structure model (Parallel model and Series model), and (5) Homogenization model. Most of these models are mainly concerned with how to define additional strain due to discontinuities over the representative elementary volume (REV) and how to relate the stress field of discontinuities to that acting on the REV. The characteristics of these models are clarified by comparing with results of some laboratory tests.
In this paper, statistical volume element modeling method was developed for multi-scale progressive failure analysis of fiber reinforced composite materials. Big-size statistical volume elements (BSVEs) was considered to minimize the size effect in the micro-scale, by including as many fibers as possible. For that purpose, a mesh cutting method is suggested and adapted into the fiber model generator that creates finite element domain rapidly. The fiber defect model was also developed based on the experimental distribution of the fiber strength. The size effects from the local load sharing (LLS) are evaluated by increasing the fiber inclusion in the micro-scale model. Finally, continuum damage mechanics (CDM) model to the fiber direction was extracted from numerical analysis on BSVEs. And it was compared with strength prediction from typical representative volume element (RVE) model.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers A
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v.29
no.12
s.243
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pp.1586-1596
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2005
In this paper, a structural damage identification method (SDIM) is developed to identify the line crack-like directional damages generated within a cylindrical shell. First, the equations of motion for a damaged cylindrical shell are derived. Based on a theory of continuum damage mechanics, a small material volume containing a directional damage is represented by the effective orthotropic elastic stiffness, which is dependent of the size and the orientation of the damage with respect to the global coordinates. The present SDIM is then derived from the frequency response function (FRF) directly solved from the equations of motion of a damaged shell. In contrast with most existing SDIMs which require the modal parameters measured in both intact and damaged states, the present SDIM may require only the FRF-data measured at damaged state. By virtue of utilizing FRF-data, one may choose as many sets of excitation frequency and FRF measurement point as needed to acquire a sufficient number of equations for damage identification analysis. The numerically simulated damage identification tests are conducted to study the feasibility of the present SDIM.
Journal of the Society of Naval Architects of Korea
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v.45
no.5
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pp.538-546
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2008
In this paper, the constitutive equation is developed to analyze the characteristics of strain-induced plasticity in the range of low temperature of 316 stainless steel. The practical usefulness of the developed equations is evaluated by the comparison between experimental and numerical results. For 316 stainless steel, constitutive equations, which represent the characteristics of nonlinear material behavior under the cryogenic temperature environment, are developed using the Bodner's plasticity model. In order to predict the material behaviour such as damage accumulation, Bodner-Chan's damage model is implemented to the developed constitutive equations. Based on the developed constitutive equations, 3-D finite element analysis program is developed, and verified using experimental results.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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